[发明专利]一种可控高升温速率热天平

说明书

技术领域

本发明属于电加热实验设备领域，具体涉及一种可控高升温速率热天平，主要适用于煤、生物质和固体废弃物等各种固体燃料在不同气氛和接近实际工况下的快速燃烧、热解和气化特性及反应动力学的实验与理论研究。

背景技术

研究高温、高升温速率下的煤、生物质和固体废弃物等固体燃料的热解、气化和燃烧等热化学反应机理，以及掌握其在接近真实条件下的物理化学过程变化规律具有非常重要的意义。为了模拟实际运行中燃料燃烧、气化、热解的反应过程，建立准确的预测模型，在加热过程中获得的颗粒升温速率须高达10²～10⁵℃/s。

目前，对燃料各种热化学利用方式的机理研究主要采用热天平。常规热天平的升温速率一般只有10～40℃/min，远远低于实际应用的升温速率。这使得研究的准确性有待商榷。因此，如何在颗粒升温速率接近实际工况的条件下，准确获得物料的质量变化，从而获得实际的燃料反应动力学参数，成为了这类研究的瓶颈。

中国专利，公开日：2010年8月11日，公开号：CN101799242A，申请号：201010104591.9的发明专利“一种可控快速升温热天平反应炉”，采用两段式加热，最高升温速率为102℃/s，远远低于实际运行中的升温速率。该装置的加热原理是将物料放入高温恒温区，采用传热的过程对物料进行加热，因此升温速率低、升温历程无法实现线性可控。

中国专利，公开日：2007年11月7日，公开号：CN200972442Y，申请号：200620127972.8的发明专利“高温热天平”，采用管式电阻炉与电子天平联合组成热天平，利用管式电阻炉对物料进行加热。这种加热方式决定了该装置加热速率低，能量消耗较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可控高升温速率热天平，可在接近实际工况的升温速率条件下，获得各种燃料的样品质量变化和颗粒温度历程，从而获得反应动力学常数，为掌握各种燃料的气固反应机理和物理化学过程变化规律提供依据。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

本发明包括线网反应系统、温度采集和控制系统、质量采集系统。

线网反应系统包括双层金属线网、平衡器、金属电极和无线电源系统。无线电源系统包括无线电源供电装置和无线电源接收装置。金属电极放置在平衡器的两端，双层金属线网两端夹持在金属电极上。无线电源接收装置与金属电极相连，通过接收无线电源供电装置提供的电能使双层金属线网有电流流过，使用电流对物料进行高升温速率的加热。

温度采集和控制系统设有高灵敏测温装置，高灵敏测温装置与功率调节器相连，温度的测量与控制通过计算机自动进行。通过高灵敏测温装置测量样品的颗粒温度，测量到的温度信号经过放大器、滤波器作用转化为电信号进入计算机进行信号处理。温度信号经计算机进行控制运算后，输出控制信号对功率控制器进行控制，实现对升温速率的控制。

质量采集系统采用高灵敏微差天平，将样品的质量变化实时转化成电信号传输到电控装置中进行连续监测和存储。高灵敏微差天平有位移检测器，样品的质量变化引起平衡器位移，位移检测器将检测到的位移转化成电信号，电信号经过放大器放大，进入计算机进行存储。

本发明的装置外可以设密封罩，通过向密封罩内通入气体，实现不同气氛条件下的实验。

本发明的有益效果在于：

1)反应装置升温速率高、范围广。升温速率最小为10℃/min，最大为1000℃/s。最高升温速率接近工业条件，使燃料应用过程的研究更接近实际工况。

2)升温过程线性可控。在线性升温的条件下，准确获得样品的质量变化和温度历程。为模拟接近工业条件下的燃料的反应动力学过程提供了条件。

3)反应气氛可控。提供不同纯度的气氛条件，满足较高气氛纯度要求条件下的实验。

附图说明

附图是本发明实施例结构示意图。

图中：1高灵敏微差天平；2平衡器；3金属电极；4双层金属线网；5无线电源接收装置；6无线电源供电装置；7高灵敏测温装置；8密封罩；9进气口；10排气口。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图详细阐述本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例：